叠氮聚醚推进剂相界面作用机及其动态演化规律研究叠氮聚醚推进剂相界面作用机制及其动态演化规律研究叠氮聚醚推进剂相界面作用机制及其动态演化规律研究叠氮聚醚推进剂相界面作用机制及其动态演化规律研究.doc

叠氮聚醚推进剂相界面作用机制及其动态演化规律研究 （课题二） 1. 军事需求分析 GAP、PBT（BAMO与THF的共聚醚）等叠氮粘合剂是目前在推进剂中使用相对成熟的含能粘合剂。采用叠氮粘合剂的推进剂在满足1.3级安全性能的前提下，可以有效提高推进剂的能量和密度，是当前高能推进剂发展的主要方向。 用作粘合剂的叠氮聚醚有多个品种：GAP及其共聚物，BAMO聚醚及其共聚物，AMMO聚醚及其共聚物等。叠氮粘合剂中的GAP粘合剂能量高，BAMO-THF共聚醚的能量虽然比GAP略低，但由于分子链中引入了THF链段，分子链柔顺性好，因而其制成的推进剂低温性能更好，更适用于宽使用温度范围的战术型号需求。同时BAMO-THF共聚醚的官能度和分子量容易控制，分子量高，制成的推进剂高。因此，采用BAMO-THF共聚醚（PBT）为粘合剂制造的推进剂更适用于宽使用温度范围的防空导弹发动机。 上世纪八十年代以来，美国空军喷气推进实验室（AFRPL）、空军宇航实验室（AFAL）将叠氮高能推进剂纳入研究计划，将其应用于高性能、低特征信号的中距空空导弹上；美国陆军与海军也有一系列相应的研究内容。2005年美国国防部将BAMO的生产列为《军用关键技术》（MCTL）。 叠氮推进剂也是我国新一代推进剂的研究重点。H-16推进剂、S-17推进剂是以我国新一代战略导弹需求为背景开展研制的叠氮推进剂，均使用了GAP粘合剂（聚叠氮缩水甘油醚）NG/BTTN等硝酸酯增塑剂CL-20高能氧化剂。由于战略导弹的使用条件温和，推进剂的环境适应性要求、安全性要求以及压强指数等燃烧性能要求没有战术导弹那么苛刻。这一类推进剂研制工作的核心是使推进剂有足够高的能量。 针对战术导弹需求背景研制的PBT叠氮推进剂，采用了PBT粘合剂（BAMO-THF共聚醚）、钝感的硝基增塑剂A3和AP氧化剂，具有安全性好、宽环境适应性和低压强指数的优点，能满足战术导弹需求。PBT叠氮推进剂已在APDK02、HQ-10A、FB-10等导弹的研制中使用。 目前型号使用的PBT叠氮三组元推进剂的密度为1.81g/cm3，标准比冲为248s（BSFΦ118）。推进剂的能量与安全性、温度环境适应性等之间存在相互冲突、相互制约。由于缺乏机理性研究，缺乏高效的调控手段，目前的推进剂配方是通过大量实验获得，还没有充分发挥叠氮推进剂的综合优势使用要求 通常情况下，战术防空导弹要求使用危险等级1.3级的推进剂并能适应严酷的环境条件国内空空导弹甚至提出了-55～+70温度环境、50g最大过载、免维护的使用要求。随着作战环境的变化，对于战术导弹限制条件越来越多，越来越苛刻，特别是极限的工作温度和贮存温度。这些限制条件使推进剂技术面临关键问题：要求推进剂在各个温度条件下具有优良的力学性能，以保证推进剂药柱在相应工作温度范围内的力学与结构完整性，以及经严酷的温度循环和力学载荷作用后的可靠性。 导弹的小型化也要求动力系统的发动机小型化。为保证发动机能量性能，在要求推进剂具有更高能量的同时，发动机需要有更高的装填系数。FG-12发动机为例，不同温度和装填系数对推进剂最大应变影响的计算结果见表3。FG-12发动机的装填系数为0.84，推进剂低温（-40℃）伸长率指标要求42％，此时安全系数为4.3。若维持相同的安全系数，装填系数提高至0.86，低温拓展到-55℃时，要求推进剂的最大伸长率需达到54％。因此，高装填系数要求推进剂有更高的力学性能以满足结构完整性需要。 ? 装填系数 等效内孔/mm -40 -45℃ -50℃ -55℃ 0.84 80 9.74% 10.17% 10.59% 11.02% 0.86 74.8 11.09% 11.57% 12.05% 12.54% 0.88 69.3 12.84% 13.39% 13.95% 14.51% 0.9 63.2 15.3% 15.97% 16.63% 17.30% 0.92 56.6 18.85% 19.67% 20.49% 21.30% ? 随着导弹武器系统轻质小型化的发展趋势，发动机将越来越多地使用复合壳体。由于复合壳体在承受点火压力和工作压力时产生的形变要远远大于金属壳体，因此对推进剂的力学性能特别是低温下的动态响应能力提出了更高的要求。 目前叠氮推进剂已在多个防空导弹型号中得到应用，这些应用主要基于有限理论指导和大量实验研究的初步成果，推进剂的力学性能。叠氮高能推进剂的微观网络和聚集态结构与宏观性能的关系、温度和变速率对叠氮高能推进剂粘弹行为的影响等问题尚缺乏系统而深入的研究，使得当前叠氮高能推进剂力学性能控制精度差、离散度较大。这些问题将会影响到发动机型号任务后续的研制以及发动机在极端环境条件下的结构可靠性、寿命和使用中的安全性。 因此，为满足当前我国防空反导